港口机械钢丝绳的常见损伤及防治

港口机械钢丝绳的常见损伤及防治

李朋 1 刘飞 2

上海振华重工港机通用装备有限公司

上海市200000

摘要：在漫长的海岸线及内河沿岸矗立着数以万计使用钢丝绳的港口装卸机械。钢丝绳在使用过程中难免会发生各种损伤，而防治其损伤直接关系到港口机械的使用效率、运行安全和经济性。通过多年的港口机械制造和使用经验，本文总结了一些钢丝绳的损伤规律和防治方法，归纳起来主要有以下五个方面的损伤：磨损、疲劳、锈蚀、过载、变形。

关键词：港口装卸机械；钢丝绳损伤及防治；

一、磨损

港口机械上钢丝绳使用频率高，行程远，因此磨损是港机钢丝绳最常见也是最主要的损伤，其产生的主要原因是钢丝绳与外部接触并相对运动，在自身重力与负荷双重作用下接触面因有摩擦力而发生磨损。外部磨损、变形磨损和内部磨损是港口机械钢丝绳的基本磨损型式，而其中外部磨损又是主要的磨损形式。

（一）外部磨损

外部磨损就是在钢丝绳外表面形成的磨损。港口装卸机械作业频繁，钢丝绳一直在反复摩擦，很容易形成外部磨损，导致钢丝绳的直径减小。在同等条件下，钢丝绳直径越小，能承受的载荷也越小，钢丝绳外部磨损严重会影响作业安全。钢丝绳直径减小7%或更多时，该钢丝绳就必须报废或降低规格使用。应对方法：1.在滑轮处设置钢丝绳自润滑装置，及时给钢丝绳加润滑脂，减小摩擦系数。根据到浙江某矿石码头调查的结果，增加钢丝绳自润滑装置后抓斗卸船机起升开闭钢丝绳可有效延长20%至30%的使用寿命。2.滑轮绳槽和卷筒绳槽表面光洁度增加一个等级，也能有效减小摩擦系数。

（二）变形磨损

钢丝绳在使用过程中经常会发生碰撞和振动，这种情况导致钢丝局部变形，造成表面局部磨损，这种磨损叫做变形磨损。从钢丝绳横断面外观来看，发生变形磨损处外部形状已经发生改变，而且钢丝绳变形处材质因受力硬化，其韧性下降，脆性上升，此处断丝风险大大增加。应对方法主要还是平时使用过程中要注意保护，不要碰撞钢丝绳，另外就是防止钢丝绳在经过滑轮或卷筒等结构时受到局部挤压产生变形，这就要求港机制造单位提高制造精度，钢丝绳出绳角要严格按规范要求，使用单位平时要保持绳槽内无坚硬的杂物。

（三）内部磨损　　

钢丝绳是圆形的，港口机械上的导向滑轮和钢丝绳卷筒绳槽也是圆弧状，钢丝绳在承载后，载荷力指向接触一侧。钢丝绳由许多小根钢丝捻制而成，内外层小钢丝弯曲半径不一致。钢丝绳弯曲后，在载荷力和各小钢丝不同弯曲变形共同作用下，各内部小钢丝绳会相互挤压和滑移，这些相互的挤压和滑移会在某些钢丝绳上产生凹陷变形，变形处会应力集中。钢丝绳在使用过程中受力反复循环拉伸弯曲，而应力集中处经过反复弯折更容易断裂，这样就形成了内部磨损。防治内部磨损的关键就是防止小根钢丝绳凹陷变形产生应力集中。在受力不变的情况下，增加受力面积，压强就会减小，变形就越不容易发生。从这些原因来看，采用线接触或面接触钢丝绳来增大各小股钢丝绳的受力面积，可以减小钢丝绳相互挤压力避免深凹应力集中，从而减少内部磨损。

二、疲劳

根据港口机械作业的特性，其钢丝绳频繁的弯曲、拉伸、扭转和振动，这些都会使钢丝绳产生疲劳。在反复的弯曲、拉伸、扭转和振动过程中，钢丝绳所受的应力会反复变化。这种反复变化的应力会改变钢丝绳的物理属性，导致钢丝绳韧性下降而脆性上升，其结果就是钢丝绳容易出现最初的小裂纹，裂纹应力集中，更加剧了裂纹的扩展，最终造成钢丝断裂，这就是疲劳损伤的原理。

（一）弯曲疲劳

钢丝绳频繁的通过导向滑轮和卷筒时都需要弯曲，这种反复的弯曲容易使钢丝产生弯曲疲劳。在港口机械结构不发生改变的情况下，钢丝绳弯曲程度越厉害越容易产生弯曲疲劳，导致疲劳断丝。钢丝绳在一个捻节距内断丝达钢丝绳总丝数的10%时即应报废更新。

（二）拉伸、扭转和振动疲劳

港口机械上钢丝绳主要的功能就是吊载货物或提升机构，在承载负荷和卸载负荷交替过程中钢丝绳会受到反复的拉伸，长期的拉伸应力改变引起金属疲劳。港口机械在运行过程中会频繁的振动，振动会传导至钢丝绳上。钢丝绳在吊载载荷时由于受力不均或钢丝绳扭转力作用下会偏转。钢丝绳受到扭转和振动会形成扭转疲劳和振动疲劳。

疲劳也是港口机械很普遍的损伤，而且危害很大，要引起重视，可以从以下几个方面进行防治：

1.增大钢丝绳的弯曲半径，可以设计更大直径的卷筒和滑轮。

2.设计单位在安排滑轮布局时，尽量优化设计，减少钢丝绳的弯曲次数。另外尽量考虑钢丝绳采用同向弯曲，根据长期使用的经验，同向弯曲相比于反向弯曲，能使钢丝绳遭受破坏的概率下降一倍。

3. WS，TX型等线接触钢丝绳结构更优化，在使用时应首先考虑。

三、锈蚀

港口机械一般处在沿海地区，高盐份和高湿度的外部环境，再加上钢丝绳一般在露天使用，如果没有采取有效的防腐蚀措施极易锈蚀。锈蚀分很多种，常见的有钢丝绳表面点蚀和全蚀，锈蚀后的钢丝绳在高盐高湿的环境中会产生电化学反应进一步加快腐蚀，在钢丝绳表面形成圆形或不规则的腐蚀点，并且会逐步加深。这些腐蚀点特别是带锐角的腐蚀点就成了应力集中点，容易产生应力疲劳，并且钢丝绳腐蚀后截面积减小，钢丝绳能承受的载荷和冲击力降低，造成安全隐患。防治钢丝绳腐蚀损伤关键是隔绝腐蚀环境，综合多个港口长期使用经验总结出来在钢丝绳表面充分涂润滑脂是最简单易操作又有效的方法，。

四、过载

钢丝绳承受载荷后都会有一定的拉伸变形，不同的载荷导致的变形量会不同，变形分为弹性变形和塑性变形。载荷超过钢丝绳设计的安全载荷即额定静载何时，钢丝绳极易发生过载损伤。过载超过钢丝绳的极限载荷，钢丝绳产生塑性变形甚至断裂。即使过载量不足以让钢丝绳产生塑性变形，但长期的过载也更容易导致疲劳，降低钢丝绳的使用寿命。

根据长期的使用经验和试验，建议从下列几个方向进行防治过载损伤：

1.设计单位根据港口机械的起重量合理配置钢丝绳，钢丝绳有一定的安全余量，防止冲击过载。

2.在机构上安装起重量限制器，限制人为操作失误造成的过载。

3.加长启动阶段和停止阶段的加减速时间，防止负荷在启动阶段和停止阶段形成冲击过载。

五、变形

在长期的港口机械工作中发现钢丝绳因操作不当很容易产生变形损伤，变形的主要原因有以下几种：

（一）外伤

外伤有很多种情况，常见的有折弯、擦伤和轧坏等。在盘钢丝绳时，如果没有顺着钢丝绳的扭转方向极易造成因钢丝绳自身的扭力造成的折弯。钢丝绳太松弛，在卷筒或滑轮上跳槽，钢丝绳相互倾轧或缠绕在轴上拉伤。防治钢丝绳外伤的关键在于规范操作和设计合理，在卷筒和滑轮上设计防跳绳装置，另外钢丝绳缠绕不能太松弛。

（二）扭结

钢丝绳在局部扭曲后产生的永久变形叫做钢丝绳扭结。钢丝绳制作时都是靠捻制而成，因此各股钢丝都有一定的反捻制方向的扭转力，在扭转力矩下，绳股普遍带有自转性。特别是钢丝在加载情况下，钢丝绳张力增加，更易发生扭转，如果没有方法抑制这个扭转就会产生扭结。钢丝绳出现扭结损伤后强度将显著降低。

为防治钢丝绳扭结损伤，目前港口机械主要采取的措施一是采用不旋转钢丝绳，如岸桥上的钢丝绳，二是在钢丝绳自由端设置防转装置，如桥式抓斗卸船机起升开闭钢丝绳上的梨形头。

上述五种钢丝绳的损伤类型是最常见的情况，涵盖了绝大部分的港口机械钢丝绳损伤事例。在日常的使用和维护中，要特别注意采用多种手段进行有效的防治，不仅可以提高钢丝绳的使用安全性和使用寿命，还能节约资源和成本。

参考文献：

[1]黄志洪，试析起重机械用钢丝绳的损伤及防治.《珠江水运》2006.

[2]尤建阳、陶天华等，GB6067.1-2010《起重机械安全规程》.2010.

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